電動式圧縮機及びそれを備えた冷凍装置

本発明は、冷凍分野に関し、特に電動式圧縮機及びそれを備えた冷凍装置に関する。

運転中の回転振動を低減させるために、DCインバータモータの波形合成によるモータトルクの制御技術は、ロータリ圧縮機を搭載した空気調和機または往復動圧縮機を搭載した冷蔵庫に普及されている。当該モータトルクの制御技術は、ロータの回転位置と共に軸の変動を検出し、インバータの波形合成を行う。これによって、モータトルクとクランクトルク(以下、軸トルクと称す)とを近似させ、回転中のロータ角速度を安定させる。

当該制御のため、圧縮機の回転振動を低減させることができる。しかし、モータトルクの制御は、交流モータまたはACインバータモータに利用されないだけでなく、波形合成のため、更に、モータの効率を低下させる。また、コストの増加及び技術難度のため、モータトルクにより制御されたモータを備えた圧縮機の普及率は世界では、5%以内であると推定されている。

関連技術において、ロータリ圧縮機の圧縮機構に回転振動を緩衝するためのばねを配置することによって、ハウジングへの振動伝達を緩衝した。当該方法によれば、圧縮機と吸気管との連結や、ステータ及びロータの調心は、難しくなる。関連技術において、更に、円盤状の分銅を配置してローターの慣性力を増加し、クランクの角速度変化を小さくする。当該方法は外径及び重量の大きい円盤が必要となり、ローターコイルとの間の隙間が確保できない等のため、実用化が行われない。

本発明は、関連技術に存在する技術問題点の少なくともある程度までは1つを解決することを趣旨とする。

そのため、本発明は電動式圧縮機を提供し、ロータの角速度を安定させる。

本発明は上述の電動式圧縮機を備えた冷凍装置を提供する。

本発明の実施例による電動式圧縮機は、ステータ及びロータを備えたモーターと、前記ロータと回転摺動可能に連結されたクランクを備えており、前記クランクによって駆動圧縮された圧縮室を内蔵した圧縮機構と、前記ロータと前記クランクとを連結するためのトルク緩衝装置と、を含み、前記圧縮室の圧縮過程において、前記クランクの回転角と前記ロータの回転角との差である位相角は増減される。

本発明実施例の電動式圧縮機によれば、トルク緩衝装置を設けることによってトルクの角速度を安定させ、以下の利点がある。1)騒音を改善させる。2)圧縮機の起動性能を向上させる。3)液圧縮による損傷を改善させる。4)低電圧によるモータの運転停止を改善させる。

本発明のいくつかの実施例において、前記トルク緩衝装置は、作動端が前記クランク及び前記ロータとそれぞれ連結されたねじり棒ばね、捩りコイルばね及び渦巻ばねのいずれか一つを備える。

本発明のいくつかの実施例において、前記ねじり棒ばねの作動端の一方は前記クランクの軸内に取り付けられている。

本発明のいくつかの実施例において、前記ねじり棒ばねの作動端の一部が前記クランクの軸端部または前記ロータの内径に摺動可能に嵌めされている。

本発明のいくつかの実施例において、前記ねじり棒ばねの作動端の一方には前記ロータの内径に固定された固定軸を備える。

本発明のいくつかの実施例において、前記ねじり棒ばねの作動端の一方には、前記ねじり棒ばねの軸芯と直交したトルク棒を備える。

本発明のいくつかの実施例において、前記捩りコイルばねまたは前記渦巻ばねの作動端の一方は前記クランクの軸端部に取り付けられている。

本発明のいくつかの実施例において、前記ねじり棒ばね、前記捩りコイルばねまたは前記渦巻ばねの作動端の一方は前記ロータに配置されたエンドリングまたはコア板に取り付けられている。

本発明のいくつかの実施例において、前記ねじり棒ばね、前記捩りコイルばねまたは前記渦巻ばねは、前記位相角の増加に応じて、ばね定数も増加する非線形ばねである。

本発明のいくつかの実施例において、前記圧縮機構には、前記クランクを摺動に可能に支持するための軸受を備え、前記軸内に取り付けられた前記ねじり棒ばねの作動端は、前記軸受が前記クランクを前記軸受摺動可能に支持する範囲内にある。

本発明の実施例による冷凍装置は上述の実施例の電動式圧縮機を備える。

本発明実施例の冷凍装置によれば、上述の電動式圧縮機を設けることによって、以下の利点がある。1)騒音を改善させる。2)圧縮機の起動性能を向上させる。3)液圧縮による損傷を改善させる。4)低電圧によるモータの運転停止を改善させる。

本発明の実施例1に係るロータリ圧縮機の内部を示す縦断面図及び冷凍システムの接続を示す図である。

実施例1に係る圧縮機室の構造及びピストンの回転角と吸気・圧縮行程との関係を示すシリンダの断面図である。

実施例1に係る圧縮機構の構造及びロータの連結を示す詳細な断面図である。

実施例1に係るロータの断面図である。

実施例1に係る捩りコイルばねの部品図である。

実施例1に係るロータと捩りコイルばねとの組立図である。

実施例1に係る圧縮機室においては発生した軸トルクによるモータトルクの変化に関する本発明と先行技術の比較図である。

実施例1に係る非線形ばねの特性概念を示す図である。

本発明の実施例2に係る往復動圧縮機の縦断面図である。

実施例2に係るクランク、ロータ及びトルク緩衝装置の組立図である。

実施例2に係る圧縮機室においては発生した軸トルクによるモータトルクの変化に関する本発明と先行技術の比較図である。

本発明の実施例3に係るねじり棒ばねの部品図である。

実施例3に係るクランクとロータのねじり棒ばねの組立図である。

実施例3に係るロータとトルク棒の組立図である。

実施例3に係るねじり棒ばねとロータの組立に関する応用設計図である。

本発明の実施例4に係る捩りコイルばねとロータの組立図である。

実施例4に係る捩りコイルばねとロータコアとの間の組立図である。

実施例4に係るトルク棒とロータコアの組立図である。

以下に、本発明の実施例を詳細に説明する。前記実施例の例示が図面において示される。以下に、図面を参照しながら説明される実施例が例示性のものであり、本発明を解釈するためだけに用いられるものであって、本発明を制限するように理解されてはならない。

本発明に対する説明において、用語である「中心」、「縦方向」、「横方向」、「幅」、「厚さ」「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「鉛直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」、「時計回り」、「反時計回り」、「軸方向」、「径方向」、「周方向」などで表れる方位又は位置関係は、図面に示す方位又は位置関係に基づき、本発明を便利にまたは簡単に説明するために使用されるものであり、指定された装置又は部品が特定の方位にあり、特定の方位において構造され、操作されると指示又は暗示するものではないため、本発明に対する限定と理解してはいけない。

なお、用語である「第一」、「第二」は説明のためだけに用いられるものであり、比較的な重要性を指示又は暗示するか、或いは示された技術特徴の数を黙示的に明示すると理解してはいけない。そこで、「第一」、「第二」が限定されている特徴は一つ又はより多くのこの特徴を含むことを明示又は暗示するのである。本発明の説明において、明確且つ具体的な限定がない限り、「複数」とは、例えば、二つ、三つ等の少なくとも二つのことを意味する。

なお、本発明の説明において、明確な規定と限定がない限り、用語である「取り付け」、「互いに接続」、「接続」の意味は広く理解されるべきである。例えば、固定接続や、着脱可能な接続や、あるいは一体的な接続でも可能である。机械的な接続や、電気接続や、あるいは互いに通信でも可能である。直接的に接続することや、中間媒体を介して間接的に接続することや、二つの部品の内部が連通することも可能である。当業者にとって、具体的な状況に応じて上記用語の本発明中の具体的な意味を理解することができる。

以下、図1〜図18を参照しながら、本発明の実施例による電動式圧縮機を説明する。当該電動式圧縮機は、ロータリ圧縮機、往復動圧縮機またはスクロール圧縮機などの圧縮機であってもよい。電動式圧縮機は、冷蔵庫、エアコン、給湯機などの設備に応用されることができる。

本発明の実施例による電動式圧縮機は、モーター3と、圧縮機構と、トルク緩衝装置と、を含む。そのうち、モーター3は、ステータ4及びロータ30を備える。圧縮機構はロータ30と回転摺動可能に連結されたクランクを備えており、しかも、圧縮機構にはクランクによって駆動圧縮された圧縮室が内蔵されている。トルク緩衝装置は、ロータ30とクランクとを連結する。圧縮室の圧縮過程において、クランクの回転角θ₁とロータの回転角θ₂との差である位相角θ₃は増減される。

本発明実施例の電動式圧縮機によれば、トルク緩衝装置を設けることによってトルクの角速度を安定させ、以下の利点がある。1)騒音を改善させる。2)圧縮機の起動性能を向上させる。3)液圧縮による損傷を改善させる。4)低電圧によるモータの運転停止を改善させる。

本発明の具体的な実施例において、トルク緩衝装置は、作動端がクランク及びロータとそれぞれ連結されたねじり棒ばね47、捩りコイルばね40及び渦巻ばねのいずれか一つを備える。即ち、トルク緩衝装置は、ねじり棒ばね47、捩りコイルばね40または渦巻ばねを備え、ねじり棒ばね47、捩りコイルばね40または渦巻ばねの作動端がクランク及びロータとそれぞれ連結されている。

具体的には、ねじり棒ばね47の作動端の一方がクランクの軸内に取り付けられている。

具体的には、ねじり棒ばね47の作動端の一部がクランクの軸端部またはロータの内径と摺動摺動可能に嵌めされている。

本発明のいくつかの実施例において、ねじり棒ばね47の作動端の一方にはロータの内径に固定された固定軸を備える。例えば、ねじり棒ばね47の作動端とロータコア31の内径とを締まり嵌める。この場合、ねじり棒ばね47は、固定軸を規定する。これによって、ねじり棒ばね47とロータとの間の連結部材を減らし、ねじり棒ばね47を容易に取り付けることができる。

具体的には、ねじり棒ばね47の作動端の一方には、ねじり棒ばね47の軸芯と直交したトルク棒44を備える。これによって、ねじり棒ばね47の作動端は、トルク棒44を介してロータ30に連結できる。

具体的には、捩りコイルばね40または渦巻ばねの作動端の一方はクランクの軸端部に取り付けられている。

具体的には、ねじり棒ばね47、捩りコイルばね40または渦巻ばねの作動端の一方はロータに配置されたエンドリングまたはコア板に取り付けられている。

具体的には、ねじり棒ばね47、捩りコイルばね40または渦巻ばねは、位相角θ₃の増加に応じて、ばね定数も増加する非線形ばねである。

具体的には、圧縮機構には、クランクを摺動可能に支持するための軸受を備え、軸内に取り付けられたねじり棒ばね47の作動端は、前記軸受がクランクを摺動可能に支持する範囲内にある

本発明の実施例による冷凍装置は、本発明の上記実施例の電動式圧縮機を備える。

本発明実施例の冷凍装置によれば、上述の電動式圧縮機を設けることによって、以下の利点がある。1)騒音を改善させる。2)圧縮機の起動性能を向上させる。3)液圧縮による損傷を改善させる。4)低電圧によるモータの運転停止を改善させる。

以下に、図1〜図18を参照しながら本発明のいくつかの具体的な実施例の電動式圧縮機を詳しく説明する。

実施例1 実施例1において、単相誘導モータを利用した1段式のロータリ圧縮機に本発明が応用される。図1はロータリ圧縮機1及び冷凍システムの構成を示す。ロータリ圧縮機は、密閉の円柱型ハウジング2に固定された圧縮機構5と、その上部に配置されたモータ3とで構成されている。モータ3は、ハウジング2の内径に固定されたステータ4と、圧縮機構5のクランク10に固定されたロータ30とで構成されている。

アキュームレータ74によって、吸気管85から圧縮機構5に吸入された低圧気体(圧力Ps)は、シリンダ50には備えられた圧縮室51(図2に示す)において圧縮され、ハウジング2の内部に排出される。従って、ハウジング2の圧力は、高圧(Pd)である。ハウジング2に排出された高圧気体は、排気管80、室外熱交換器71、膨張弁(またはキャピラリチューブ)72、室内熱交換器73、アキュームレータ74の順序で流れる。

本発明実施例の特徴は以下の通りである。クランク10の摺動軸15内に回転摺動するロータ30の上端には、トルク緩衝装置41が配置されている。トルク緩衝装置41は、ばね取付軸15aに固定された溝内に挿入されている捩りコイルばね40(Helical Torsion Coil Spring、以下コイルばね40と称す)を備える。コイルばね40には、クランク10のばね取付軸15a及びロータ30のエンドリング溝32aにそれぞれ固定された二つの作動端が備えられる。

図2は図1のY−Y断面図であり、圧縮室51の気体の吸入及び圧縮の原理を示す。クランク10に備えられた偏心部13が反時計回りに回転するため、ピストン52は圧縮室51の内周に沿って公転する。圧縮室51はピストン52の最大外周とベーン53との先端部とによって二つの室に分けられる。当該二つの室は、一般に、低圧気体(圧力Ps)が吸入された低圧室51aと、低圧気体を高圧気体に圧縮するための高圧室51bとで構成される。ストン52の最大外周の回転位置は、ベーン53から反時計回りに回転する角度θで表される。

ストン52の回転による高圧室51bにおける圧力を高めた気体は、ハウジング圧力(Ps)に達した後、排気孔55bから、ハウジング2の内部に排出される。θが360°に達する前に、当該排出気体は連続的であり、θが360°に達した後、圧縮室51全体には、低圧である。

クランク10が1回転する毎に、繰り返し軸トルクが変更する(図7のTc)。クランク10の軸トルクが大きくなると、角速度が小さくなるが、軸トルクが小さくなると、角速度が大きくなる。従来のロータリ圧縮機のロータがクランクに固定されるため、ロータ角速度とクランク角速度とが相当する。当該ロータ角速度の変化は、回転振動である。

図3は、圧縮機構5及びそれに連結されたロータ30を示す。図4はロータ30の断面図を示す。図5はコイルばね40の部品図を示す。

図3及び図4において、ロータ30の内径に固定されたコア中心管34とクランク10の主軸11より細い摺動軸15とが摺動に合わせている。摺動軸15の上端のばね取付軸15aの外周には、コイルばね40のコイル部40aが挿入されている。同時に、軸端溝15bは軸側作動端40bに嵌入されている。

一方のロータ側作動端40cは、エンドリング溝32aに挿入されている。その結果、摺動軸15とロータ30とが摺動に合わせており、それらがコイルばね40を介して連結されている。コイルばね40、及びコイルばね40を介してロータ30とクランク10とを連結する連結方法はトルク緩衝装置41と総称する。

また、ロータコア31の中心孔に挿入されて固定されたコア中心管34の内径が摺動軸15の外径より少しだけ大きいため、自動的に回転摺動する摺動隙間を有する。通常、クランク10が耐磨耗表面処理された上で、摺動軸15及びコア中心管34の摺動面に作用された負荷及び摺動速度が小さくなる。従って、上述摺動隙間の潤滑は、ハウジング2の気体に溶けた油のため、十分に給油されることができる。磨耗問題があれば、いずれかの一方の摺動部品において、螺旋状の油溝を配置することができる。 ばね取付軸15aに固定されたリング溝内に固定されたスラストリング18は、ロータ30が摺動軸15から抜け出すように防止することができる。更にスラストリング18としてC型バッフルリングを利用してもよい。また、軸端溝15bに挿入されたコイルばね40が抜け出す恐れがあれば、同様に、軸端溝15bの上端に環状溝を配置し、C型バッフルリングを取り付けることができる。

図5に示すように、コイルばね40は、その中央のコイル部40aと、その両端の軸側作動端40b及びロータ側作動端40cとで構成されている。二つの作動端は、位相角としてクランク10の回転角とロータ30の回転角との差に応じて伸縮する。また、コイル部40aの内径とばね取付軸15aの外径との間に隙間がある。

図6は、軸側作動端40b及びロータ側作動端40cのそれぞれを軸端溝15b及びエンドリング溝32aに取り付ける組立図である。軸側作動端40bがクランク10と共に回転し、ロータ側作動端40cがロータ30と共に回転する。この場合、一般に、ロータ30は、コイルばね40を介してクランク10を反時計回りに牽引する。

回転中のクランク10の回転角θ₁とロータ30の回転角θ₂との差が位相角θ₃である。クランク10の軸トルクがTcであり、ロータ30の回転トルクがTrである場合、圧縮運転において、TrはTcより大きい。従って、θ₃が0より大きく、且つTcの変動に応じて増減する。

軸トルクTcが増加する場合、クランク10の角速度が低下する。しかしながら、コイルばね40と連結されたロータ30の角速度の低下が減少する。従って、θ₃が増加し、コイルばね40がエネルギーを蓄積することができる。その後、軸トルクTcが低減する場合、クランク10の角速度が増加する。

この間、ロータ30がコイルばね40において蓄積したエネルギーを放出し、クランク10を牽引するため、θ₃が減少する。同時に、クランク10の角速度が増加するため、回転角の遅延が回復されることができる。

図7は、上述の過程を概念的に表示する。横軸において、クランク10の回転角度θは0°から360°までの範囲(θは、図2には説明された)、左縦軸はクランクの軸トルクTc、右縦軸はロータトルクTrを表す。二つのトルク曲線において、Tr₂(実線)は本実施例のロータ30のトルク変化、Tr1(破線)はトルク緩衝装置を備えない従来のロータトルクの変化を表す。

クランク10の軸トルクTcは、吸気孔の開口が略25°である場合に開始した圧縮行程において徐々に増加し、略180°である場合には最大となり、その後、排気行程へ切り替えて排気量が減少し、略360°である場合には、最小となる。同時に、吸気量は最大となり、2回転して25°を経った後、圧縮行程へ切り替える。

ロータトルクTr1が略25°から増加し始め、Tcが最大となる場合(略180°である場合)には、最大値(回転角θ₁)となり、その後、減少し始める。一方、ロータトルクTr₂が略60°から増加し始め、略230°(回転角θ₂)である場合には、最大値となり、その後、滑らかに低減する。

ロータトルクTr1が最大である場合のθ₁と比べて、ロータトルクTr₂が最大である場合の角度θ₂は、略50°を遅延する。遅延理由は、コイルばね40、及び当該回転角の差である位相角θ₃の有無である。

即ち、Tcが激しく増加する90°〜180°の範囲内では、クランク10の角速度が低下し、Tcの激しい変化を回避することができる。一方、ロータ30のコイルばね40の開度が大きくて、角速度を維持でき、クランク10を牽引することができる。従って、トルクTrの最大角度が遅延し、略230°に遅延する。この間、コイルばね40の開度が最大となり、エネルギーを蓄積することができる。

その後、クランク10は、360°の方向に向かって回転する場合には、Tcが低下する。従って、コイルばね40はエネルギーを放出することができる。従って、クランク10の角速度が増加し、位相角θ₃が減少して、再度圧縮し始めた略25°の前の大きさとなり、θ₃が最小となる。以上の1回転する行程において、コイルばね40が伸縮することができ、ロータトルクTrが滑らかである。従って、ロータトルクTrの最大値が低下し、トルク曲線が滑らかになる。

一般に、θ₃が小さい場合には、緩衝効果が小さくなり、θ₃が大きい場合、緩衝効果が大きくなる。しかし、90rpsのような高速運転条件下で、θ₃が大き過ぎる場合、ステータ及びロータの同期速度が維持できない。いわゆる脱調現象が発生する可能性があり、モータが緊急停止する可能性がある。

当該課題を改善するために、位相角θ₃の大きさに応じて、ばね係数が増加し、トルク緩衝装置のばね特徴が非線形となるような設計が推奨される。図8の横軸は位相角θ₃であり、縦軸がコイルばねの発生トルクTsまたはばね係数Kである。曲線Aは非線形ばねであり、曲線Bは通常の線形ばねである。

θ₃の増加に対して、TsまたはKが増加し、線形ばねBの係数が一定であるが、非線形ばねAがθ₃の増加に応じて、その係数の増加率が大きくなる。従って、θ₃が大きすぎるとなり、発生した脱調現象が非線形ばねを利用することによって改善されることができる。特に、冷凍負荷が大きすぎる場合に発生する脱調現象が非線形ばねを利用することによって改善されることができる。特に、冷凍サイクル装置の負荷が大きな変動のある空気調和機や可変速度モータには、非線形ばねが利用されるのに有利である。

例えば、渦巻ばねの中心側をクランクに固定し、外周側をロータに固定する方法は、実施例1に利用されたコイルばね40の代替手段とすることができる。また、捩りコイルばね、渦巻ばねまたは実施例3に記載されたねじり棒ばねに関する詳細な設計方法について、いくつかが開示されているため、それらを利用することができる。

本発明のトルク緩衝装置は回転振動を低減させるだけでなく、以下の付帯的な効果もある。当該効果について、実施例1のロータリ圧縮機や実施例2の往復動圧縮機に、実施例3のねじり棒ばねを利用しても、同じ効果を有する。

1)騒音の改善 電動式圧縮機の騒音の大部分は、圧縮室の排気音により形成されるものである。トルク緩衝装置が圧縮室の排気時間を延長でき、気体速度を緩やかにさせるため、排気音を効果的に減少することができる。また、ロータ30の角速度の安定化により、モータからの200〜800Hzの耳障りな騒音を緩和させることができる。

2)圧縮機起動性能の向上 回転が停止する場合には、摺動部の油膜が冷媒と置換することができるため、クランクの起動トルクが増加する。その結果、モータが起動できない問題がある場合もある。しかし、トルク緩衝装置により、ロータの起動のため、クランクの起動が容易になる。

3)液圧縮による損傷の改善 圧縮室の大量の液体冷媒の吸入のため、運転中の圧縮機が緊急停止する。この結果、クランクまたはピストンが損害される。トルク緩衝装置は、このような激しすぎるトルク変動の状況下で、圧縮機の急停止または損害を防止することができる。

4)低電圧による運転の停止の改善 高トルク運転において、一時的な電圧の低下のため、圧縮機が停止する。トルク緩衝装置は、ロータの回転トルクを円滑になり、上述の問題を改善することができる。

実施例2 本実施例は、本発明を往復動圧縮機に応用する応用例である。

図9に示す往復動圧縮機101は、ハウジング102の内部に圧縮機構105及びモータ3が収容されている。モータ3はステータ4及びロータ30とで構成されている。圧縮機構105は、ステータ4を固定するためのフレーム120と、それと一体化したシリンダブロック125と、それに備えられた圧縮室126及びピストン128と、ピストン128に対して往復駆動するクランク110と、クランク110に対して摺動に合わせる軸受122と、シリンダブロック125に固定された弁蓋162となどで構成されている。ロータ30とクランク110とが摺動に合わせており、トルク緩衝装置41を関して連結されている。

組立構造の視点から見て、往復動圧縮機101とロータリ圧縮機1とを比較した場合には、フレーム120はロータリ圧縮機1のハウジング2に相当するが、往復動圧縮機101の圧縮機構105はハウジング102の内部に備えられた三つの防振ばね108に支持される。

圧縮機の回転により、吸気管150から吸入された低圧気体がハウジング102に流れて、吸気マフラー160から弁蓋162の低圧室を通過して圧縮室126に流れる。ピストン128によって圧縮された高圧気体が弁蓋162の高圧室に排出された後に、排気管165を通過して冷凍システムに排出される。圧縮室126に流れた低圧気体の圧縮及び排出のため、クランク110の軸トルクTcが発生する。

ロータ30の上端に備えられたトルク緩衝装置41と実施例1のトルク緩衝装置とが同じ構成を有する。その詳細な状況は、図10のロータ30の断面図で示される。実施例1との主な相違点は、軸径が変更されないクランク110とコア中心管34とが摺動に合わせることができることにある。従って、コイルばね40の作用及び効果は、実施例1と同じである。

図11は実施例1と同様に、クランク110の軸トルクTcの変化を示す。Tr1は従来の往復動圧縮機のロータトルクの変化を示し、Tr2は実施例2の往復動圧縮機101のロータトルクの変化を示す。

往復動圧縮機は、クランク10の回転角が0°〜180°である場合には、気体を圧縮し、180°〜360°である場合には、気体を吸入する。従って、ロータリ圧縮機とを比較して、軸トルク変動が大きくなる。軸トルクTcがピストン128の下死点(θ=0°)である場合には、増加し始め、その後、略135°である場合には最大となり、その後に減少し、上死点(略180°)である場合には最小となる。180°〜360°である場合には吸気行程であるため、Tcが最小となる。

ロータトルクTr1は下死点(θ=0°)から開始した圧縮行程に従って増加し始め、略135°である場合には最大となり、その後に減少する。一方、ロータトルクTr2は下死点0°から増加し始めるが、その増加速度が遅い、略160°である場合には最大となり、その後に減少する。

ロータトルクTr1の最大値θ1と比べて、ロータトルクTr2の最大値θ2が略40°を遅延する原因は、コイルばね40の有無及び位相角θ3が最大であることに関する。また、ロータのトルク値とトルク曲線幅とは差を有する原因は、実施例1と同様に、上述したように、コイルばね40の伸縮作用に関することである。即ち、実施例1と同様に、本実施例のロータのトルク角速度が安定であり、トルク変動が小さい。従って、往復動圧縮機101は、回転振動を低減することができる。

本実施例は、固定速モータに限られず、モータの速度が変化可能であるACまたはインバータモータにも、利用されることができる。また、従来の機種には必要となり、且つ防振ばね108及びトルク緩衝装置41を利用する方法を利用してもよく、防振ばね108を省略して設計を簡略化してもよい。

また、家庭用冷凍庫に搭載された往復動圧縮機には、フレーム120に対してモータ3が下側に配置され、圧縮室126が上側に配置される設計が多い。このような設計であっても、記載のトルク緩衝装置の設計41が利用されることができる。当該設計には、クランク110の下部にはオイルポンプが備えられる。しかし、本実施例に記載されたトルク緩衝装置も利用されることもできる。

実施例3 実施例3では、ロータリ圧縮機及び往復動圧縮機には、ねじり棒ばね(Torsion Bar Spring)をトルク緩衝装置として利用される。コイルばねと比べて、ねじり棒ばねの特徴は、小型・軽量であり、大きなトルクが発生でき、更に、クランク内に収納されることができるため、スペース効率を高めることもできることである。これらの特徴及び効果は、以下の説明によってさらに明確となる。

図12は、ねじり棒ばね47、トルク棒44(Torque Bar)及びばねピン19の部品図である。図13は、クランク10の軸内孔14内に配置されたねじり棒ばね47を示す。

図12には、ねじり棒ばね47は、ねじり軸47aの両端のそれぞれが作動端A48及び作動端B49と一体的に結合して構成されている。作動端A48は、クランク10とロータ30とが共に回転する円柱軸である。ばねピン19は、作動端B49を軸内に固定する手段である。トルク棒44は、作動端A48をロータ30に連結する手段である。

図13では、主軸受55と摺動に支持する主軸11において軸内孔14が備えられる。作動端B49は、軸内孔14内に固定されてもよく、(1)主軸受55、(2)主軸受55の上端とロータコア31との間、(3)ロータコア31などの位置のうちのいずれか一つの位置に固定されてもよい。従って、ねじり軸47aに対する設計の自由度が大きくなる。

本実施例において、作動端B49の固定位置として、上述の(1)を選択する。クランク10単体の場合には、ねじり棒ばね47を軸内孔14の上端から挿入した後に、主軸11に備えられた横孔14aから作動端B49に向かってばねピン19を押込んで、作動端B49を軸内孔14内に固定する。この場合、主軸端孔11b内に作動端A48を嵌入する。

次に、主軸受55の下側の軸受孔から主軸11を挿入した後に、主軸11において、スラストリング18aを固定する。そして、ロータ30を、主軸11から挿入してから、スラストリング18bを作動端A48の溝内に取り付ける。しかも、作動端A48を貫通する横孔内にトルク棒44を挿入し、トルク棒44の両端をエンドリング溝32a内に嵌入する。上述の組立工程によって、主軸11と、ねじり棒ばね47と、ロータ30との組立は完了する。図14は、作動端A48とロータ30とを連結するトルク棒44を示す。

実施例1及び2と同様に、クランク10とロータ30とはねじり棒ばね47を介して連結されている。この結果、トルク緩衝装置43が得られる。ここで、主軸端孔11bの内径と作動端A48の外径とは、摺動に合わせることができる。本実施例は、実施例1及び2において利用されたコア中心管34を省略するため、ロータコア31の内径は、クランク110と直接に摺動に合わせることができる。

上述の設計構成により、ロータ30の回転トルクがトルク棒を介して作動端A48に伝達されることができるため、ねじり棒ばね47がねじり、ロータトルクがクランク10に伝達される。それと逆に、クランク10の軸トルクは、ねじり棒ばね47及びトルク棒44を介してロータ30に伝達される。

また、トルク棒44の回転角が1回転以内である場合は少ないため、両者を接触させないように、トルク棒44と軸内孔14との間に隙間を設ける必要がある。また、両者を摺動に合わせるように、トルク棒44と軸内孔14との間に小さい隙間を設けてもよい。この二種類の設計を何れも選択することができる。

ねじり棒ばね47を備えたトルク緩衝装置43は以下の特徴がある。 (1)耐繰り返しの強トルクを有し、信頼性が高い。 (2)設計の自由度が非常に大きくなる(上述)。 (3)クランク10の軸内に部材を内蔵することができるため、小型化となる。 (4)ねじり軸47aは、図8に示すような非線形の特徴があるため、大きいモータトルクの変動に追従する特徴を有する。 (5)一般的に言えば、設計、製造及びコストに有利であり、信頼性も高い。

次に、円柱軸に設けられた作動端A48は、その調心及び摺動合わせのため、以下の特徴がある。 (1)作動において、ねじり軸47a及び軸内孔14の調心を行う。 (2)運転中のねじり軸47aのねじりのため、発生されたロータ30とクランク10との間のトルクが正確に伝達されることができる。 (3)トルク棒44とねじり棒ばね47との結合信頼性及び組立性に有利である。

図15は、作動端A48を利用せずに、作動端C45を利用して、それがロータコア31のコア内径31cに摺動に合わせるようにする設計である。作動端C45の外径が主軸11の外径に相当するため、摺動することができる。また、当該設計において、作動端C45をロータコア31の内径に押込んで固定することができる。代替設計において、作動端A48を利用する設計と比べて、トルク棒44、スラストリング18a及びスラストリング18bのいずれか一つを省略してもよく、それら全体を省略してもよい。

本実施例のねじり棒ばね47と比べて、実施例1及び実施例2に記載された捩りコイルばね40は、小さい回転トルクの往復動圧縮機やロータリ圧縮機等に利用される。一方、ねじり棒ばね47は、大きい設計の自由度及び高い依頼性を有するため、小型圧縮機乃至商用大型圧縮機という広い範囲に利用されることができる。

ねじり棒ばね47の設計において、一般に、ねじり軸47aの軸断面形状は円形であるが、多辺形、中空管などを利用してもよい。ねじり軸47aと、作動端A48及び作動端B49との固定方法は、一体化して製造する方法を利用し、冷間鍛造により二つの作動端をねじり軸47aに連結することができる。または、上述の作動端の円柱軸を廃して、ねじり軸47aをL字形に湾曲するなどの方法を利用することができる。

実施例4 実施例4は、捩りコイルばね40のロータ側作動端40cまたは、ねじり棒ばね47の動端A48をロータ30に取り付ける方法である。本発明の趣旨によってさまざまな方法がある。本実施例は、一つの例である。

図16において、エンドリング32に備えられたリベット32bによってエンドリングのエンドプレート37が固定されている。エンドプレート孔37aには、ロータ側作動端40cが取り付けられている。また、エンドリングのエンドプレート37は、バランサウエイトとして利用されることができる。

図17は、エンドリングが備えないDCインバータモータのロータにロータ側作動端40cが取り付けられている設計である。ロータコア31を構成するロータコアのコアエンドプレート31aは、プレス成形によってフック31bに設けされる。また、コアエンドプレートに配置された円形プレートにおいてもフック31bを設けることができる。

図18は、ねじり棒ばね47の応用例である。コアエンドプレート31aに向かう二つのフック31bにトルク棒44が固定されている。また、エンドリングを備えたロータである場合には、図16に示すように、エンドリングのエンドプレート37は円形プレートであり、これにトルク棒44を固定することができる。

本発明を利用する電動式圧縮機は、ロータリ圧縮機やスクロール圧縮機等の回転式圧縮機及び往復動圧縮機などの往復運動する圧縮機を対象とするものである。これらの圧縮機において、クランクを水平に置いた横型圧縮機にも利用されることもできる。また、本発明は、誘導モータにも、回転数が変化する可能性のあるインバータモータにも利用されることができる。これらの圧縮機は、エアコン、冷蔵冷凍設備、給湯機、車載用冷凍空調装置及び冷蔵庫等の設備に搭載されることができる。

上述したように、本発明が解決しようとする課題は、圧縮室の気体圧縮のため、クランクはトルク変動が発生し、トルク変動によるロータの回転角速度が変化して、圧縮機に回転振動を発生させることである。

上述の課題を解決するように、本発明は、ロータを直接クランクに固定せずに、二つの部品を回転方向のみに摺動に合わせて、当該二つの部品をトルク緩衝装置(Torque Damper)を介して連結させる。その特徴は、軸トルクの変化が直接ロータの角速度に影響を与えることを回避することができることである。また、本発明は、普及率が大きい誘導モータを備えた圧縮機にも、DCやACインバータモータにも利用されることができるという利点がある。

本発明が利用する具体的な手段は以下の通りである。クランク10のばね取付軸15a内に捩りコイルばね40で構成されたトルク緩衝装置41が備えられる。捩りコイルばね40の両側の作動端のそれぞれは、クランク10及びそれと回転して摺動自在に合わせたロータ30に連結される。クランク10は、軸トルクの増減に応じて角速度を変化させるが、トルク緩衝装置は、ロータ30の角速度を安定させる。

本発明の有益な効果は以下の通りである。 (1)本発明は、振動を低減するための大部分の電動式圧縮機に利用されることができる。 (2)構造が簡単であり、設計及び製造に対する影響が小さい。 (3)圧縮機の制御及びシステムを変更する必要がない。 (4)運転条件全体において、モータの効率は低下しない。 (5)振動を低減できるだけでなく、圧縮機の起動性能や騒音、依頼性などを改善することができる。

本発明において、明確な規定と限定がない限り、第一特徴が第二特徴の「上」又は「下」にあることは、第一特徴と第二特徴とが直接接触することを含んでもよく、第一特徴と第二特徴とが直接接触することなくそれらの間に別の特徴を介して接触することを含んでもよい。また、第一特徴が第二特徴の「上」、「上方」又は「上面」にあることは、第一特徴が第二特徴の真上及び斜め上にあることを含むか、或いは、単に第一特徴の水平高さが第二特徴より高いことだけを表す。第一特徴が第二特徴の「下」、「下方」又は「下面」にあることは、第一特徴が第二特徴の真下及び斜め下にあることを含むか、或いは、単に第一特徴の水平高さが第二特徴より低いことだけを表す。

本発明の説明において、「一つの実施例」、「一部の実施例」、「示例」、「具体的な示例」或いは「一部の示例」など用語を参考した説明とは、該実施例或いは示例に結合して説明された具体的特徴、構成、材料或いは特徴が、本発明の少なくとも一つの実施例或いは示例に含まれることである。本明細書において、上記用語に対する例示的な表述は、必ずしも同じ実施例或いは示例を示すことではない。又、説明された具体的特徴、構成、材料或いは特徴は、いずれかの一つ或いは複数の実施例又は示例において適切に結合することができる。

1:ロータリ圧縮機、101:往復動圧縮機、2(102):ハウジング、5(105):圧縮機構、3:モータ、4:ステータ、30:ロータ、32a:エンドリング溝、34:コア中心管、31:ロータコア、 50:シリンダ、51(126):圧縮室、51a:低圧室、51b:高圧室、10(110)クランク、11:主軸、15:摺動軸、15a:ばね取付軸、15b:軸端溝、13:偏心部、52(128):ピストン、53:ベーン、55b:排気孔、 41:トルク緩衝装置、40:捩りコイルばね(コイルばね)、40a:コイル部、40b:軸側作動端、40c:ロータ側作動端、18(18a、18b):スラストリング、 120:フレーム、125:シリンダブロック、122:軸受、162:弁蓋、108:防振ばね、160:吸気マフラー、47:ねじり棒ばね、44:トルク棒、19:ばねピン、14:軸内孔、47a:ねじり軸、48:作動端A、49:作動端B、45:作動端C、55:主軸受、14a:横孔、11b:主軸端孔、32:エンドリング、37:エンドリングのエンドプレート、32b:リベット、31b:フック、 74:アキュームレータ、85(105):吸気管、80(165):排気管、71:室外熱交換器、72:膨張弁(またはキャピラリチューブ)、73:室内熱交換器

1:ロータリ圧縮機、101:往復動圧縮機、2(102):ハウジング、5(105):圧縮機構、3:モータ、4:ステータ、30:ロータ、32a:エンドリング溝、34:コア中心管、31:ロータコア、 50:シリンダ、51(126):圧縮室、51a:低圧室、51b:高圧室、10(110)クランク、11:主軸、15:摺動軸、15a:ばね取付軸、15b:軸端溝、13:偏心部、52(128):ピストン、53:ベーン、55b:排気孔、 41:トルク緩衝装置、40:捩りコイルばね(コイルばね)、40a:コイル部、40b:軸側作動端、40c:ロータ側作動端、18(18a、18b):スラストリング、 120:フレーム、125:シリンダブロック、122:軸受、162:弁蓋、108:防振ばね、106:吸気マフラー、47:ねじり棒ばね、44:トルク棒、19:ばねピン、14:軸内孔、47a:ねじり軸、48:作動端A、49:作動端B、45:作動端C、55:主軸受、14a:横孔、11b:主軸端孔、32:エンドリング、37:エンドリングのエンドプレート、32b:リベット、31b:フック、 74:アキュームレータ、85(105):吸気管、80(165):排気管、71:室外熱交換器、72:膨張弁(またはキャピラリチューブ)、73:室内熱交換器